2018版高中物理 第2章 楞次定律和自感现象 2.2 自感学案 鲁科版选修3-2.docx

第3讲自感目标定位1.了解自感现象及自感现象产生的原因.2.知道自感现象中的一个重要概念自感系数，了解影响其大小的因素.3.了解自感现象的利弊及其利用和防止一、自感现象1实验与探究(1)断电自感实验电路实验要求电路稳定时A1、A2亮度相同A2立刻熄灭线圈中的电流在原来电流值基础上逐渐减小ILIA1A1猛然亮一下再逐渐熄灭ILIA1A1由原来亮度逐渐熄灭ILIA1A1先立即变暗一些再逐渐熄灭(2)通电自感实验电路实验要求电路稳定时A1、A2亮度相同S闭合的瞬间A1先亮由于A1支路为纯电阻电路，不产生自感现象A2逐渐变亮，最后与A1一样亮由于L的自感作用阻碍A2支路电流增大，出现“延迟”现象2.定义：由导体自身的电流变化所产生的电磁感应现象叫自感现象二、自感电动势1定义：由导体自身的电流变化所产生的感应电动势叫自感电动势2作用：总是阻碍导体中原电流的变化，即总是起着推迟电流变化的作用，当电流增大时，自感电动势阻碍电流的增大；当电流减小时，自感电动势阻碍电流的减小三、自感系数1物理意义：描述线圈本身特性的物理量，简称自感或电感2影响因素：线圈的形状、横截面积、长短、匝数、有无铁芯线圈越粗、越长，匝数越多，其自感系数就越大；有铁芯时线圈的自感系数比没铁芯时大得多3单位：亨利，简称亨，符号是H.常用的较小单位有mH和H.1mH103H,1H106H.一、对通电自感现象的分析1通电瞬间通过线圈的电流增大，自感电动势的方向与原电流方向相反，阻碍电流的增加，但不能阻止增加2通电瞬间自感线圈处相当于断路；电流稳定时，自感线圈相当于导体3与线圈串联的灯泡在通电后会逐渐变亮，直到稳定例1如图1所示，灯A、B完全相同，带铁芯的线圈L的电阻可忽略，则()图1AS闭合的瞬间，A、B同时发光，接着A变暗，B更亮，最后A熄灭BS闭合瞬间，A不亮，B立即亮CS闭合瞬间，A、B都不立即亮D稳定后再断开S的瞬间，B熄灭，A闪亮一下再熄灭答案AD解析S接通的瞬间，L所在支路中电流从无到有发生变化，因此，L中产生的自感电动势阻碍电流增加。由于有铁芯，自感系数较大，对电流的阻碍作用也就很强，所以S接通的瞬间L中的电流非常小，即干路中的电流几乎全部流过A，所以A、B会同时亮；又由于L中电流逐渐稳定，感应电动势逐渐消失，A逐渐变暗，线圈的电阻可忽略，对A起到“短路”作用，因此A最后熄灭这个过程电路的总电阻比刚接通时小，由恒定电流知识可知，B会比以前更亮稳定后S断开瞬间，由于线圈的电流较大，L与A组成回路，A要闪亮一下再熄灭，B立即熄灭二、对断电自感现象的分析1断电时自感线圈处相当于电源2断电时灯泡会不会闪亮一下再熄灭取决于通过灯泡前后电流大小的关系若断电前，自感线圈电流大小IL大于灯泡的电流ID则灯泡会闪亮一下再熄灭；若断电前，自感线圈中的电流IL小于灯泡中的电流ID则灯泡不会出现闪亮，而是逐渐熄灭3要注意断电前后通过灯泡的电流方向可能变化例2如图2(a)、(b)所示的电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，且小于灯泡A的电阻，接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则()图2A在电路(a)中，断开S，A将渐渐变暗B在电路(a)中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗C在电路(b)中，断开S，A将渐渐变暗D在电路(b)中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗答案AD解析在电路(a)中，灯泡A和线圈L串联，它们的电流相同，断开S时，线圈上产生自感电动势，阻碍原电流的减小，但流过灯泡A的电流仍逐渐减小，从而灯泡A只能渐渐变暗；在电路(b)中，电阻R和灯泡A串联，灯泡A的电阻大于线圈L的电阻，电流则小于线圈L中的电流，断开S时，电源不再给灯供电，而线圈产生自感电动势阻碍电流的减小，通过R、A形成回路，灯泡A中电流突然变大，灯泡A先变得更亮，然后渐渐变暗故A、D正确针对训练如图3所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，电感L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值，在t0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在tt1时刻断开S，下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图象中，正确的是()图3答案B解析在t0时刻闭合开关S，由于电感L产生自感电动势，阻碍电流通过，电源输出电流较小，路端电压较高，经过一段时间电路稳定，电源输出电流较大，路端电压较低在tt1时刻断开S，电感L产生自感电动势，与灯泡构成闭合回路，灯泡D中有反向电流通过，所以表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图象中正确的是B.三、对自感电动势及自感系数的理解1对自感电动势的理解(1)自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化，可概括为“增反减同”(2)由EL知自感电动势与L和有关，与I、t无关2对自感系数的理解(1)自感系数的大小由线圈本身的特性决定，线圈越长，单位长度的匝数越多，横截面积越大，自感系数越大(2)自感系数与E、I、t等均无关系例3关于线圈的自感系数，下面说法正确的是()A线圈的自感系数越大，自感电动势就一定越大B线圈中电流等于零时，自感系数也等于零C线圈中电流变化越快，自感系数越大D线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定答案D解析线圈的自感系数是由线圈本身的因素及有无铁芯决定的，与有无电流、电流变化情况都没有关系，故B、C错误，D正确；自感电动势的大小除了与自感系数有关，还与电流的变化率有关，故A错误四、电磁阻尼、电磁驱动闭合回路的部分导体在做切割磁感线运动产生感应电流时，导体在磁场中要受到安培力的作用，根据楞次定律，安培力总是阻碍导体的运动，于是产生电磁阻尼电磁阻尼是一种十分普遍的物理现象，任何在磁场中运动的导体，只要给感应电流提供回路，就会存在电磁阻尼作用例4位于光滑水平面的小车上放置一螺线管，一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线水平穿过，如图4所示，在此过程中()图4A磁铁做匀速直线运动 B磁铁做减速运动C小车向右做加速运动 D小车先加速后减速答案BC解析磁铁水平穿入螺线管时，管中将产生感应电流，由楞次定律知螺线管左端相当于S极，与磁铁S极相斥，阻碍磁铁的运动同理，磁铁穿出时，由楞次定律知螺线管右端为S极，与磁铁的N极相吸，阻碍磁铁的运动，故整个过程中，磁铁做减速运动，B正确；而对于小车上螺线管来说，在此过程中，螺线管会产生感应电流，从而使螺线管受到的安培力都是水平向右，这个安培力使小车向右运动起来，且一直做加速运动，C正确对通、断电自感现象的分析1如图5所示的电路中A1和A2是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，其阻值与电阻R相同在开关S接通和断开时，灯泡A1和A2亮暗的顺序是()图5A接通时A1先达最亮，断开时A1后灭B接通时A2先达最亮，断开时A1后灭C接通时A1先达最亮，断开时A1先灭D接通时A2先达最亮，断开时A2先灭答案A解析当开关S接通时，A1和A2同时亮，但由于自感现象的存在，流过线圈的电流由零变大时，线圈上产生自感电动势阻碍电流的增大，使通过线圈的电流从零开始慢慢增加，所以开始时电流几乎全部从A1通过，而该电流又将同时分两路通过A2和R，所以A1先达最亮，经过一段时间电路稳定后，A1和A2达到一样亮；当开关S断开时，电源电流立即为零，因此A2立即熄灭，而对A1，由于通过线圈的电流突然减小，线圈中产生自感电动势阻碍电流的减小，使线圈L和A1组成的闭合电路中有感应电流，所以A1后灭对自感电动势的理解2关于线圈中自感电动势大小的说法中正确的是()A电感一定时，电流变化越大，自感电动势越大B电感一定时，电流变化越快，自感电动势越大C通过线圈的电流为零的瞬间，自感电动势为零D通过线圈的电流为最大值的瞬间，自感电动势最大答案B解析电感一定时，电流变化越快，越大，由EL知，自感电动势越大，A错，B对；线圈中电流为零时，电流的变化率不一定为零，自感电动势不一定为零，故C错；当通过线圈的电流最大时，电流的变化率为零，自感电动势为零，故D错3一个线圈中的电流均匀增大，这个线圈的()A磁通量均匀增大B自感系数均匀增大C自感系数、自感电动势均匀增大D自感系数、自感电动势、磁通量都不变答案A解析电流均匀增大时，线圈中磁感应强度均匀增大，所以磁通量均匀增大，而自感电动势取决于磁通量的变化率，所以自感电动势不变；自感系数取决于线圈本身的因素，也保持不变，只有选项A正确对电磁阻尼的理解4如图6所示，使一个铜盘绕其竖直的轴OO转动，且假设摩擦等阻力不计，转动是匀速的。现把一个蹄形磁铁移近铜盘，则()图6A铜盘转动将变慢B铜盘转动将变快C铜盘仍以原来的转速转动D铜盘转动速度是否变化，要根据磁铁的上、下两端的极性来决定答案A解析当一个蹄形磁铁移近铜盘时，铜盘转动切割磁感线，产生感应电流，由楞次定律可知感应电流所受的安培力阻碍其相对运动，所以铜盘转动将变慢本题也可以从能量守恒的角度去分析，因为铜盘转动切割磁感线，产生感应电流，铜盘的机械能不断转化成电能，铜盘转动会逐渐变慢选项A正确